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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.76.2020.tde-29092020-120954
Documento
Autor
Nome completo
Diogo Lima Barreto
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2020
Orientador
Banca examinadora
Pinto, Diogo de Oliveira Soares (Presidente)
Brito, Frederico Borges de
Landi, Gabriel Teixeira
Rouxinol, Francisco Paulo Marques
Vernek, Edson
Título em português
Controle de coerência para termometria quântica de sistemas fora do equilíbrio
Palavras-chave em português
Metrologia quântica
Sistemas fora do equilíbrio
Sistemas quânticos abertos
Resumo em português
Nas últimas duas décadas houve um aumento no interesse pela teoria de estimação quântica. Entre os vários tópicos sobre o tema um que se destaca é a estimação de parâmetros para sistemas abertos, que sabidamente possuem precisão menor do que o caso para sistemas fechados. Nosso trabalho foi focado justamente nos sistemas quânticos abertos onde exploramos a termometria fora do equilíbrio. Para isso utilizamos o modelo de um q-bit em contato com um banho térmico e mudamos sua dinâmica submetendo-o a dois efeitos distintos: primeiro adicionamos um campo estocástico, capaz de manter o sistema fora do equilíbrio por mais tempo, com dois tipos de ruído; no segundo caso fizemos com que a frequência do q-bit fosse variável no tempo, gerando um efeito de proteção de estado quântico, também prolongando o tempo para o sistema se equilibrar com o banho. Em ambos os casos estudamos como a presença destes efeitos secundários afetam a precisão das estimativas da temperatura do banho térmico, calculadas através de dados extraídos do q-bit, que passa a funcionar como um termômetro. No caso do campo estocástico verificamos que para um regime de baixas temperaturas em que os efeitos do campo prevalecem, é possível atingir uma precisão maior que para o caso de temperaturas mais altas. Já para o caso da frequência variável, verificamos que não é possível obter uma maior precisão, mas o retardamento da decoerência oferece uma janela de tempo maior para que as estimativas possam ser realizadas, o que pode oferecer uma vantagem para possíveis aplicações experimentais.
Título em inglês
Coherence control for quantum thermometry of out of equilibrium systems
Palavras-chave em inglês
Open quantum systems
Out of equilibrium systems
Quantum metrology
Resumo em inglês
In the last two decades there has been an increasing interest for the quantum estimation theory. Among various research topics there´s a recent effort to better understand quantum estimation for open quantum systems, which are known to have worse precision than the closed systems. Our work focused on open quantum systems where we explored out of equilibrium thermometry. To do this we used a single q-bit model in contact with a thermal reservoir and changed it´s dynamic by adding two distinct effects: first we added a stochastic field, which can maintain the system out of equilibrium for longer periods, using two types of noises; on the second case we used a time-dependent frequency for the q-bit which generates a protective effect against decoherence also extending the period in which the system is out of equilibrium. In both cases we studied how these secondary effects affected the precision of temperature estimations for the reservoir temperature, using data extracted from the q-bit which becomes equivalent to a thermometer. For the stochastic field we found out that it's possible to achieve higher precision for low temperatures in which the effects of the field prevail. For the time-dependent frequency we couldn´t find any evidence for a better precision but the delay on the effects of decoherence allows for more time to estimate the temperature, which may offer some advantages for experimental measurements.
 
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Data de Publicação
2020-10-14
 
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